KR20220166137A - 공조 설비 제어 장치 및 공조 설비 제어 방법 - Google Patents

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KR20220166137A
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Abstract

본 발명은 공조 설비 제어 장치에 대한 것으로, 복수의 공조 설비 각각의 운전 상태에 따른 온도 및 습도에 근거하여 전체 공조 프로세스의 현열 총량과 잠열 총량을 산출하는 열량 산출부와, 주어진 열량 총량 내에서, 각 공조 프로세스가 차지하는 열량들을 변경하면서 변경된 열량에 따른 각 공조 프로세스의 사용 전력량들을 산출하고, 산출된 사용 전력량들의 합이 최소가 되는 열량들을 각 공조 프로세스에 대해 최적화된 열량들로 산출하는 열량 최적화부와, 상기 열량 최적화부를 통해 산출된 최적화된 현열들과 잠열들, 상기 복수의 공조 설비 각각의 운전 상태에 따른 온도, 습도, 풍량 중 적어도 하나 및 상기 복수의 공조 설비 각각의 설비 스펙 데이터에 근거하여, 상기 복수의 공조 프로세스 각각에 대응하는 공조 설비들의 목표 운전점들을 산출하는 운전점 산출부 및, 상기 목표 운전점들에 따라 운전되도록 상기 공조 설비들을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

공조 설비 제어 장치 및 공조 설비 제어 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING AN AIR CONDITIONING EQUIPMENT}
본 발명은 보다 효율적인 공조 설비를 운영을 위한 것으로, 공조 설비 운영을 최적화하여 에너지를 절감할 수 있는 공조 설비 제어 장치 및 제어 방법에 대한 것이다.
공조 설비는 일반적으로 기계 장치를 이용하여 실내의 온도, 습도, 기류, 냄새, 유독 가스, 세균 등의 조건을 실내의 사람, 동물 또는 물품 등 소요 환경 조건에 알맞게 조절하는 장치를 일컫는다.
단순한 사무 공간의 경우, 공조 설비는 실내 온도, 실내 온도 변화량, 외기 온도, 외기 온도 변화량과 같이 온도에 관련된 입력 변수 만으로 운영 및 제어가 가능하다.
그러나 공장과 같은 산업 시설의 경우, 생산 설비나 생산 제품, 또는 특정 제품의 생산 공정과 관련된 소요 환경 조건이 무척 복잡하며, 온도 제어 뿐만 아니라 냉각이나 제습 등 서로 다른 다양한 공조 프로세스가 요구될 수 있다. 이에 따라 종래 공조 설비를 운영하는 방식과 같이 온도에 관련된 입력 변수만으로는 상기 산업 시설의 소요 환경 조건에 적합하게 공조 설비를 운영하기 어렵다는 문제가 있다.
뿐만 아니라 상술한 바와 같이 산업 시설의 경우 복잡한 소요 환경 조건이 요구되며 하나 이상의 공조 프로세스가 요구되므로, 요구되는 프로세스에 따라 다수의 공조 설비의 운영이 요구될 수 있다. 이처럼 다수의 공조 설비가 운영이 요구되는 경우 각 공조 설비의 전력량과 각 공조 설비의 운영에 따라 요구되는 전력량이 크게 달라질 수 있으며, 비효율적으로 각 공조 설비를 운영하는 경우 불필요하게 에너지가 낭비될 수 있다.
따라서 산업 시설과 같이 복수의 공조 프로세스가 요구되는 복잡한 소요 환경 조건에 적합하면서도, 에너지의 소모량을 최소화할 수 있도록 공조 설비의 최적화된 운영이 요구되는 실정이다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 하는 것으로, 복수의 공조 프로세스가 요구되는 복잡한 소요 환경 조건에 따라 운전되도록 복수의 공조 설비를 제어하면서도, 상기 소모되는 전력량을 최소화할 수 있는 공조 설비 제어 장치 및 제어 방법을 제공하는 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명의 실시 예에 따른 공조 설비 제어 장치는, 복수의 공조 설비 각각의 운전 상태에 따른 온도 및 습도에 근거하여 전체 공조 프로세스의 현열 총량과 잠열 총량을 산출하는 열량 산출부와, 주어진 열량 총량 내에서, 각 공조 프로세스가 차지하는 열량들을 변경하면서 변경된 열량에 따른 각 공조 프로세스의 사용 전력량들을 산출하고, 산출된 사용 전력량들의 합이 최소가 되는 열량들을 각 공조 프로세스에 대해 최적화된 열량들로 산출하는 열량 최적화부와, 상기 열량 최적화부를 통해 산출된 최적화된 현열들과 잠열들, 상기 복수의 공조 설비 각각의 운전 상태에 따른 온도, 습도, 풍량 중 적어도 하나 및, 상기 복수의 공조 설비 각각의 설비 스펙(specification) 데이터에 근거하여, 상기 복수의 공조 프로세스 각각에 대응하는 공조 설비들의 목표 운전점들을 산출하는 운전점 산출부 및, 상기 목표 운전점들에 따라 운전되도록 상기 공조 설비들을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 열량 최적화부는, 상기 현열 총량을 입력받고, 상기 현열 총량과 각 공조 프로세스가 차지하는 현열량들의 합이 동일하게 유지되는 한도 내에서 상기 각 공조 프로세스가 차지하는 현열량들을 변경 및, 변경된 현열량들 각각에 대한 각 공조 프로세스의 사용 전력량들을 산출하고, 산출된 각 공조 프로세스의 사용 전력량 합이 최소가 되는 각 공조 프로세스 별 현열량들을 최적화된 현열량들로 산출하는 현열 최적화부 및, 상기 잠열 총량을 입력받고, 상기 잠열 총량과 각 공조 프로세스가 차지하는 잠열량들의 합이 동일하게 유지되는 한도 내에서 상기 각 공조 프로세스가 차지하는 잠열량들을 변경 및, 변경된 잠열량들 각각에 대한 각 공조 프로세스의 사용 전력량들을 산출하고, 산출된 각 공조 프로세스의 사용 전력량 합이 최소가 되는 각 공조 프로세스 별 잠열량들을 최적화된 잠열량들로 산출하는 잠열 최적화부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 복수의 공조 설비 각각의 주변으로부터 온도 및 습도를 센싱하는 복수의 센서들을 구비하는 센싱부를 더 포함하며, 상기 복수의 공조 설비 각각의 운전 상태에 따른 온도 및 습도는, 상기 센싱부의 센서들로부터 검출된 상기 복수의 공조 설비 각각의 주변 온도 및 습도임을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 복수의 공조 설비 각각의 운전 상태에 따른 온도 및 습도는, 상기 복수의 공조 설비 각각이 구비한 센서들로부터 센싱되며, 상기 복수의 공조 설비 각각이 구비한 센서들과 통신을 연결하여 상기 센서들이 센싱한 온도 및 습도를 수신하는 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 열량 산출부는, 상기 복수의 공조 설비 각각의 운전 상태에 따른 온도에 근거하여 상기 복수의 공조 설비 각각에 대응하는 각 공조 프로세스의 현열들을 산출하고, 산출된 현열들을 합하여 상기 현열 총량을 산출하며, 상기 복수의 공조 설비 각각의 운전 상태에 따른 습도에 근거하여 상기 복수의 공조 설비 각각에 대응하는 각 공조 프로세스의 잠열들을 산출하고, 산출된 잠열들을 합하여 상기 잠열 총량을 산출하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 각 공조 프로세스의 사용 전력량들은, 각 공조 프로세스에 대한 각 공조 설비의 기 설정된 설비 용량과 소모 전력에 의해 결정되는 설비 효율과, 주어진 열량 총량 내에서 각 공조 프로세스에 분배된 열량에 근거하여 산출되는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 열량 최적화부는, 각 공조 프로세스의 열량들의 총합이 상기 열량 총량과 동일하게 유지되는 한도 내에서 상기 각 공조 프로세스가 차지하는 열량들을 변경하고, 상기 변경된 각 공조 프로세스의 열량은, 각 공조 프로세스에 대응하는 공조 설비의 설비 용량 이하임을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 목표 운전점은, 온도 및 습도로 결정되며, 상기 운전점 산출부는, 각 공조 프로세스에 대해 산출된 최적화된 현열들과 잠열들 및, 습공기선도에 근거하여 상기 복수의 공조 프로세스 각각에 대응하는 공조 설비들의 목표 운전점들을 산출하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 복수의 공조 프로세스는, 냉각, 가열, 제습, 가습, 혼합 프로세스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 냉각 프로세스는, 상기 냉각 프로세스에 대해 산출된 최적화된 현열과 잠열의 합인 최적화된 총열량, 상기 냉각 프로세스에 대응하는 냉각 설비의 장치 노점 온도, 상기 냉각 설비의 운전 상태에 따른 온도,와 습도, 공기 밀도, 및 상기 습공기선도에 근거하여 상기 냉각 설비의 목표 운전점이 결정되는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 가열 프로세스는, 상기 가열 프로세스에 대해 산출된 최적화된 현열과 상기 가열 프로세스에 대응하는 가열 설비의 운전 상태에 따른 온도, 상기 가열 설비 주변의 풍량과 공기 밀도에 근거하여 상기 가열 설비의 목표 운전점이 결정되는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제습 프로세스는, 상기 제습 프로세스에 대해 산출된 최적화된 잠열과 상기 제습 프로세스에 대응하는 제습 설비의 운전 상태에 따른 온도, 상기 제습 설비 주변의 풍량과 공기 밀도, 그리고 상기 제습 설비의 운전 상태에 따른 현열량 및 잠열량에 근거하여 상기 제습 설비의 목표 운전점이 결정되는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 가습 프로세스는, 상기 가습 프로세스에 대해 산출된 최적화된 잠열과, 상기 가습 프로세스에 대응하는 가습 설비의 운전 상태에 따른 습도, 상기 가습 설비 주변의 풍량 및 공기 밀도, 그리고 습공기선도에 근거하여 상기 가습 설비의 목표 운전점이 결정되는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 혼합 프로세스는, 상기 혼합 프로세스에 대응하는 혼합 설비의 운전 상태에 따른 온도와 습도 및, 상기 혼합 설비의 운전 상태에 따른 온도와 습도에 따른 풍량비 예측 결과에 근거하여 상기 혼합 설비의 목표 운전점이 결정되는 것을 특징으로 한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명의 실시 예에 따른 공조 설비 제어 방법은, 상기 복수의 공조 설비 각각의 운전 상태에 따른 온도들 및 습도들을 센싱하는 단계와, 센싱된 온도들 및 습도들에 근거하여 상기 복수의 공조 설비 각각에 대응하는 공조 프로세스들의 현열들과 잠열들을 산출 및, 산출된 현열들과 잠열들로부터 전체 공조 프로세스의 현열 총량과 잠열 총량을 산출하는 단계와, 상기 각 복수의 공조 설비 각각의 사용 전력량들의 합이 최소가 되는 상기 현열 총량 중 각 공조 프로세스의 현열 분배량들 및, 상기 각 복수의 공조 설비 각각의 사용 전력량들의 합이 최소가 되는 상기 잠열 총량 중 각 공조 프로세스의 잠열 분배량들을 산출하는 단계와, 각 공조 프로세스 별로, 각 공조 프로세스에 대해 산출된 현열 분배량과 잠열 분배량을 합산하여 총열량을 산출하는 단계와, 산출된 각 공조 프로세스 별 현열 분배량, 잠열 분배량 및 총열량 중 적어도 하나에 근거하여, 상기 각 공조 프로세스에 대응하는 각 공조 설비의 목표 운전점들을 산출하는 단계 및, 산출된 각 공조 설비의 목표 운전점들에 따라 상기 각 공조 설비의 운전을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 목표 운전점들을 산출하는 단계는, 산출된 목표 운전점들에 관련된 정보들을 표시하는 단계를 더 포함하며, 상기 목표 운전점들에 관련된 정보들은, 상기 목표 운전점들이 표시된 습공기선도, 상기 목표 운전점들을 형성하는 각 목표 온도와 목표 습도, 및 상기 목표 운전점에 따라 운전될 때 예상되는 공조 설비의 소비 전력 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 공조 설비 제어 장치 및 제어 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 본 발명은 온도 뿐만 아니라 습도를 더 고려하여 공조 설비가 제어되도록 함으로써, 습도 조건을 더 포함하는 복잡한 소요 환경 조건에 적합하게 공조 설비를 제어할 수 있다는 효과가 있다.
또한 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 온도 뿐만 아니라 습도를 센싱한 결과에 근거하여, 현열(sensible heat) 뿐만 아니라 잠열(latent heat)을 산출하고 산출된 현열과 잠열에 근거하여 공조 설비가 제어되도록 함으로써, 실제 소요 환경 조건에 보다 적합하게 공조 설비를 제어할 수 있다는 효과가 있다.
또한 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 최적화 과정을 통해, 요구되는 복수의 공조 프로세스 각각에 대응하는 복수의 공조 설비의 사용 전력량 합이 최소화되는 목표 운전점들을 결정하고, 결정된 목표 운전점들에 따라 상기 복수의 공조 설비를 제어함으로써, 공조를 위해 소모되는 에너지를 최소화할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 공조 설비 제어 장치의 구조를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 공조 설비 제어 장치가 복수의 공조 설비를 제어하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 3은 습공기선도의 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 공조 설지 제어 장치가, 운전점 산출부에서 산출된 각 공조 설비의 목표 운전점들을 습공기선도 상에 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 공조 설비 제어 장치의 최적화 과정을 통해 산출되는 목표 운전점 및 최적화된 소비 전력의 예를 도시한 예시도이다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다
본 명세서에서, "구성된다." 또는 "포함한다." 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이하에서 설명되는 각각의 실시 예들 뿐만 아니라, 실시 예들의 조합은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물 내지 대체물로서, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 해당될 수 있음은 물론이다.
먼저 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 공조 설비 제어 장치(10)의 구조를 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 공조 설비 제어 장치(10)는 제어부(100)와 상기 제어부(100)에 연결되며 상기 제어부(100)에 의해 제어되는 센싱부(110), 최적화부(120), 메모리(130) 및 운전점 산출부(150)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한 상기 공조 설비 제어 장치(10)는 입력부(140) 및 표시부(160)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 도 1에 도시된 구성요소들은 공조 설비 제어 장치(10)를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 공조 설비 제어 장치(10)는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.
보다 구체적으로 센싱부(110)는 복수의 공조 설비 각각에 배치될 수 있으며, 상기 복수의 공조 설비 각각을 둘러싼 주변 환경 정보를 센싱하기 위한 적어도 하나의 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어 센싱부(110)는 복수의 공조 설비 각각의 운전 상태에 따른 온도를 센싱할 수 있는 온도 센서 및, 복수의 공조 설비 각각의 운전 상태에 따른 습도를 센싱할 수 있는 습도 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 상기 센싱부(110)는 외기(외부에서 유입되는 공기) 및 내기(내부에서 순환되는 공기)의 양을 센싱할 수 있는 풍량 센서를 더 포함할 수 있다.
한편 상기 센싱부(110)의 센서들은 각 공조 설비에 구비된 것일 수 있다. 이 경우 상기 센싱부(110)는 각 공조 설비에 구비된 센서들로부터 센싱된 값을 수신하도록 형성될 수 있다. 이를 위해 센싱부(110)는, 각 공조 설비에 구비된 센서들과 무선 통신을 수행하기 위한 통신부(도시되지 않음)를 포함할 수 있으며, 제어부(100)의 제어에 따라 각 공조 설비의 센서들과 통신 연결 및, 통신 연결된 센서들로부터 각 공조 설비의 주변 환경(예를 들어 온도, 습도 및 풍량 중 적어도 하나)을 센싱한 결과를 수신할 수 있다.
그리고 최적화부(120)는 센싱된 복수의 공조 설비 각각의 운전 상태에 따른 온도 및 습도에 근거하여 공조 설비 각각에 대응하는 공조 프로세스 별 현열(sensible heat)과 잠열(latent heat)을 산출할 수 있다. 그리고 산출된 각 공조 프로세스 별 현열과 잠열에 근거하여 전체 공조 프로세스의 현열량과 잠열량인 현열 총량과 잠열 총량을 산출하고, 산출된 현열 총량과 잠열 총량에 근거하여 각 공조 설비의 운전에 따른 사용 전력량의 합이 최소가 되는 각 프로세스별 현열량과 잠열량들을 산출할 수 있다.
이를 위해 상기 최적화부(120)는 각 공조 설비로부터, 각 공조 프로세스별로 센싱된 온도 및 습도 값에 근거하여 현열과 잠열을 산출하는 열량 산출부(121)를 구비할 수 있다. 이 경우 상기 열량 산출부(121)는 각 공조 프로세스의 현열을 합산하여 전체 공조 프로세의 현열, 즉 현열 총량을 산출할 수 있으며, 각 공조 프로세스의 잠열을 합산하여 전체 공조 프로세의 잠열, 즉 잠열 총량을 산출할 수 있다.
그리고 최적화부(120)는 각 공조 설비의 설비 용량(Kcal/hour)과 소모 전력(kW)에 근거하여 각 공조 설비의 설비 효율을 산출하고, 산출된 설비 효율과 각 공조 설비에 대응하는 현열에 근거하여 각 공조 설비의 사용 전력량, 즉 현열에 따른 사용 전력량들을 산출하는 현열 최적화부(122)를 구비할 수 있다.
여기서 각 공조 설비의 설비 효율은, 각 공조 설비 별로 미리 설정된 설비 용량과 소모 전력에 따라 산출되는 값으로, 각 공조 설비별로 미리 지정된 값일 수 있다. 따라서 각 공조 설비의 (현열에 따른) 사용 전력량은 각 공조 설비에 대응하는 현열의 크기에 따라 달라질 수 있다.
이에 상기 현열 최적화부(122)는, 상기 설비 용량의 한도 내에서, 그리고 상기 열량 산출부(121)로부터 산출된 현열 총량을 동일하게 유지하면서, 해당 공조 설비에 분배되는 현열량을 변경할 수 있다. 따라서 어느 하나의 공조 설비에 대한 현열량이 작아지는 경우, 적어도 하나의 다른 공조 설비의 현열량은 커질 수 있다. 반면 어느 하나의 공조 설비에 대한 현열량이 커지는 경우, 적어도 하나의 다른 공조 설비의 현열량은 작아질 수 있다.
한편 각 공조 설비에 대한 현열량이 변경되면, 현열 최적화부(122)는 변경된 각 공조 설비의 현열량들에 따른 각 공조 설비의 사용 전력량들을 산출할 수 있다. 그리고 산출된 사용 전력량들의 총합이 가장 적은 각 공조 프로세스 별 현열들의 조합을, 최적화된 각 공조 프로세스의 현열들로 산출할 수 있다. 즉, 현열 최적화부(122)는 각 공조 프로세스 별로 공조 설비들의 사용 전력량의 총합이 최소가 되도록, 상기 산출된 현열 총량을 각 공조 프로세스 별로 분배할 수 있다.
이하 상기 현열 최적화부(122)에 의해 분배된 각 공조 프로세스 별 현열량을, 현열 분배량이라고 하기로 한다.
그리고 최적화부(120)는 각 공조 설비의 설비 용량(Kcal/hour)과 소모 전력(kW)에 근거하여 각 공조 설비의 설비 효율을 산출하고, 산출된 설비 효율과 각 공조 설비에 대응하는 잠열에 근거하여 각 공조 설비의 사용 전력량, 즉 잠열에 따른 사용 전력량들을 산출하는 잠열 최적화부(123)를 구비할 수 있다.
여기서 각 공조 설비의 설비 효율은, 상술한 바와 같이 각 공조 설비별로 미리 지정된 값일 수 있다. 따라서 각 공조 설비의 (잠열에 따른) 사용 전력량은 각 공조 설비에 대응하는 잠열의 크기에 따라 달라질 수 있다.
이에 상기 잠열 최적화부(123)는, 상기 설비 용량의 한도 내에서, 그리고 상기 열량 산출부(121)로부터 산출된 잠열 총량이 동일하게 유지하면서, 해당 공조 설비에 분배되는 잠열량을 변경할 수 있다.
따라서 어느 하나의 공조 설비에 대한 잠열량이 작아지는 경우, 적어도 하나의 다른 공조 설비의 잠열량은 커질 수 있다. 반면 어느 하나의 공조 설비에 대한 잠열량이 커지는 경우, 적어도 하나의 다른 공조 설비의 현열량은 커질 수 있다.
한편 각 공조 설비에 대한 잠열량이 변경되면, 잠열 최적화부(123)는 변경된 각 공조 설비의 잠열량들에 따른 각 공조 설비의 사용 전력량들을 산출할 수 있다. 그리고 산출된 사용 전력량들의 총합이 가장 적은 각 공조 프로세스 별 잠열들의 조합을, 최적화된 각 공조 프로세스의 잠열들로 산출할 수 있다. 즉, 잠열 최적화부(123)는 각 공조 프로세스 별로 공조 설비들의 사용 전력량의 총합이 최소가 되도록, 상기 산출된 잠열 총량을 각 공조 프로세스 별로 분배할 수 있다.
이하 상기 잠열 최적화부(123)에 의해 분배된 각 공조 프로세스 별 잠열량을, 잠열 분배량이라고 하기로 한다.
한편 최적화부(120)는 각 공조 프로세스 별로 현열 분배량과 잠열 분배량이 결정되면, 결정된 현열 분배량과 잠열 분배량을 합산하여 각 공조 프로세스 별 총열량 분배량들을 산출할 수 있다.
그리고 운전점 산출부(150)는 상기 최적화부(120)에서 산출된 각 공조 프로세스 별 현열 분배량과 잠열 분배량, 그리고 총열량 분배량들에 근거하여 각 공조 프로세스 별 목표 운전점을 산출할 수 있다. 여기서 목표 운전점은 각 공조 프로세스를 위해 운전되는 공조 설비의 목표 운전 상태를 의미하는 것으로, 목표 온도 및 목표 습도로 나타내어질 수 있다.
운전점 산출부(150)는 상기 최적화부(120)로부터 산출된 열량 분배량(현열 분배량, 잠열 분배량 및 총열량 분배량 중 적어도 하나)에 근거하여 서로 다른 방식으로 각 공조 프로세스에 대한 목표 운전점을 산출할 수 있다. 따라서 공조 프로세스가, 냉각 프로세스, 가열 프로세스, 제습 프로세스, 가습 프로세스, 혼합 프로세스의 5개 프로세스로 이루어지는 경우, 상기 운전점 산출부(150)는 냉각 프로세스를 위해 운전되는 냉각 설비의 목표 운전점을 산출하기 위한 냉각 운전점 산출부(151), 가열 프로세스를 위해 운전되는 가열 설비의 목표 운전점을 산출하기 위한 가열 운전점 산출부(152), 제습 프로세스를 위해 운전되는 제습 설비의 목표 운전점을 산출하기 위한 제습 운전점 산출부(153), 가습 프로세스를 위해 운전되는 가습 설비의 목표 운전점을 산출하기 위한 가습 운전점 산출부(154) 및, 혼합 프로세스를 위해 운전되는 혼합 설비의 목표 운전점을 산출하기 위한 혼합 운전점 산출부(155)를 구비할 수 있다.
여기서 상기 운전점 산출부(150)가 5개의 운전점 산출부들(151, 152, 153, 154, 154)을 구비하는 것은, 상기 공조 프로세스가 냉각, 가열, 제습, 가습 및 혼합의 5가지 공조 프로세스로 이루어지는 것을 가정한 것이기 때문이다. 따라서 공조 프로세스에 앞서 언급된 5개의 공조 프로세스 외에 다른 공조 프로세스가 더 추가되는 경우라면, 운전점 산출부(150)는 상기 추가된 공조 프로세의 공조 설비에 대한 목표 운전점을 검출하는 운전점 산출부를 더 포함할 수 있다. 또한 공조 프로세스가 앞서 언급된 5개의 공조 프로세스 중 일부만을 포함하는 경우라면, 운전점 산출부(150)는 상기 5개의 운전점 산출부들(151, 152, 153, 154, 154) 중 일부만을 포함할 수도 있음은 물론이다.
그리고 입력부(140)는 사용자로부터 정보를 입력받을 수 있는 적어도 하나의 입력 수단을 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 입력 수단은 터치 키 또는 푸시 키 등을 포함할 수 있으며, 상기 입력 수단을 통해 입력되는 정보는 메모리(130)에 저장될 수 있다.
이 경우 상기 입력부(140)를 통해 적어도 하나의 공조 설비에 대한 주변 환경 계측 정보가 입력될 수 있다. 이 경우 제어부(100)는 입력부(140)를 통해 입력되는 계측 정보를, 상기 센싱부(110)에서 계측된 계측 정보에 대신하여 저장할 수 있다.
또한 표시부(160)는 본 발명의 실시 예에 따른 공조 설비 제어 장치(10)에 의해 제어되는 적어도 하나의 공조 설비에 관련된 다양한 정보들을 출력할 수 있다. 일 예로 상기 표시부(160)는 최적화부(120)에서 산출되는 다양한 결과값들, 즉 각 공조 프로세스 별 현열이나 잠열, 또는 산출된 현열 총량이나 잠열 총량을 출력할 수 있으며, 현열 최적화부(122)를 통해 산출된 각 공조 프로세스별 현열 분배량과 잠열 최적화부(123)를 통해 산출된 각 공조 프로세스별 잠열 분배량, 그리고 총열량 분배량 등의 정보를 출력할 수 있다.
또는 표시부(160)는 제어부(100)의 제어에 따라 운전점 산출부(150)에서 산출되는 각 공조 설비들의 목표 운전점에 관련된 정보들을 출력할 수 있다. 예를 들어 각 공조 설비들의 목표 운전점에 대응하는 온도와 습도, 또는 최적화된 결과에 따른 소비 전력 산출 결과 등을 출력할 수 있다.
이를 위해 상기 표시부(160)는 화상 정보의 표시가 가능한 적어도 하나의 디스플레이부(도시되지 않음)를 구비할 수 있으며, 음향 정보의 출력을 위한 오디오부(도시되지 않음) 등을 포함할 수 있다.
한편 메모리(130)는 본 발명의 실시 예에 따른 공조 설비 제어 장치(10)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(130)는 공조 설비 제어 장치(10)에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application)), 공조 설비 제어 장치(10)의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다.
일 예로 메모리(130)는 각 공조 설비에 관련된 다양한 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어 메모리(130)는 각 공조 설비의 장치 노점 온도, 가습 온도, 설비 용량(kcal/hour), 전력(kW), 및 효율(kWh/kcal) 정보를 포함할 수 있다. 또한 현열 및 잠열 계산을 위한 공기 밀도(kg/m3) 및, 물 또는 공기의 비열, 증발잠열(kcal/kg) 등의 정보를 포함할 수 있다. 그리고 각 공조 프로세스의 공조 설비 목표 운전점을 산출하기 위한 데이터로서 바이패스 계수(Bypass factor), 습공기선도(Psychrometric chart) 등의 정보를 포함할 수 있다.
여기서 바이패스 계수는 냉수 코일을 통과하는 풍량 가운데 핀이나 튜프 표면에 접촉하지 않고 통과하는 풍량의 비율을 의미할 수 있으며, 상기 습공기선도는 습공기의 상태를 나타내는 선도로서, 대기압하에 건구 온도, 습구 온도, 엔탈피(enthalpy), 절대 습도, 상대 습도, 이슬점 온도를 적어도 하나로 구성되는 선도를 의미할 수 있다.
또한 메모리(130)는 다른 구성요소에서 출력되는 데이터를 저장하고, 저장된 데이터를 제어부(100)의 제어에 따라 독출할 수 있다. 따라서 센싱부(110)를 통해 센싱된 정보들, 최적화부(120)에서 산출된 결과값들 및, 운전점 산출부(150)에서 산출된 각 공조 설비의 목표 운전점들의 정보들이 메모리(130)에 저장될 수 있다.
그리고 제어부(100)는 본 발명의 실시 예에 따른 공조 설비 제어 장치(10)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 제어부(100)는 메모리(130)에 저장된 응용 프로그램을 구동하기 위하여, 상술한 구성요소들 중 적어도 일부를 서로 조합하여 동작시킬 수 있다.
한편 제어부(100)는 연결된 각 구성 요소를 제어할 수 있다. 즉, 제어부(100)는 센싱부(110)에서 계측된 계측 정보들을 메모리(130)에 저장할 수 있으며, 저장된 계측 정보들을 최적화부(120)에 인가하여 상기 최적화부(120)가 각 공조 프로세스 별 현열과 잠열을 산출할 수 있도록 한다. 그리고 현열 최적화부(122) 및 잠열 최적화부(123)가 각 공조 프로세스 별로 현열 분배량 및 잠열 분배량을 산출하면, 산출된 현열 분배량들과 잠열 분배량들 및 총열량 분배량들을 메모리(130)에 저장할 수 있다. 그리고 저장된 각 공조 프로세스 별 현열 분배량 및 잠열 분배량, 그리고 총열량 분배량들을 운전점 산출부(150)에 인가하여, 운전점 산출부(150)가 각 공조 설비별로 목표 운전점들을 산출하도록 상기 운전점 산출부(150)를 제어할 수 있다.
그리고 제어부(100)는 입력부(140)를 통해 입력되는 사용자 입력에 따라 입력되는 데이터들을 메모리(130)에 저장할 수 있다. 또한 표시부(160)를 제어하여 메모리(130)에 저장된 정보 또는 상기 최적화부(120)의 연산 결과를 출력할 수 있으며, 운전점 산출부(150)에서 산출되는 각 공조 설비의 목표 운전점에 관련된 정보들을 출력할 수 있다.
도 2는 이러한 본 발명의 실시 예에 따른 공조 설비 제어 장치(10)가 복수의 공조 설비를 제어하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 2를 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 공조 설비 제어 장치(10)의 제어부(100)는 먼저 센싱부(110)를 제어하여 각 공조 설비에 구비된 센서들로부터 각 공조 설비의 주변 환경을 센싱한 정보를 수신할 수 있다(S200). 여기서 상기 각 공조 설비의 주변 환경 센싱 정보는, 각 공조 설비의 주변의 온도, 습도, 및 풍량을 계측한 결과를 포함할 수 있다. 이하 설명의 편의상 센싱부(110)를 통해 센싱되는 계측값들을 온도, 습도 및 풍량으로 가정하여 설명하기로 한다.
여기서 상기 S200 단계는, 제어부(100)가 각 공조 설비에 구비된 센서들의 계측값들을 수신하는 단계일 수 있다. 이 경우 상기 S200 단계는 제어부(100)가 상기 센싱부(110)의 통신부를 제어하여 각 공조 설비에 구비된 센서들과 통신을 연결하고, 통신 연결을 통해 각 공조 설비에 구비된 센서들의 계측값들을 수신하는 과정을 포함할 수 있다. 그리고 각 공조 설비의 센서들로부터 수신된 각 공조 설비의 계측값들은, 각 공조 설비에 대응하는 공조 프로세스의 계측값들로 저장될 수 있다.
또는 상기 S200 단계는 입력부(140)를 통해 사용자로부터 적어도 하나의 공조 설비의 계측값(온도, 습도, 및 풍량)을 직접 입력받는 단계일 수 있다. 이 경우 입력부(140)를 통해 입력된 계측값은, 상기 적어도 하나의 공조 설비의 센서로부터 수신된 계측값으로 메모리(130)에 저장될 수 있다. 이 경우 상기 적어도 하나의 공조 설비에 구비된 센서로부터 수신된 계측값이 있는 경우라면, 기 설정된 우선순위에 따라 사용자로부터 입력된 계측값과 센서로부터 수신된 계측값 중 어느 하나가 대응하는 공조 설비의 공조 프로세스 계측값으로 저장될 수 있다.
상기 우선순위는 사용자가 임의로 지정하거나 또는 공조 설비의 특수성에 따라 결정될 수 있다. 일 예로, 해당 공조 설비에 대응하는 공조 프로세스에 따른 온도나 습도 변화 등이 제품의 생산 공정에 큰 영향을 미치는 경우에는 사용자로부터 입력되는 계측값보다 실제 현장에서 센싱되는 계측값이 보다 중시될 수 있다. 이러한 경우 사용자로부터 입력되는 계측값보다 공조 설비 주변에서 실제로 센싱된 계측값이 우선하여 저장될 수 있다.
한편 상기 S200 단계에서 각 공조 설비에 대응하는 공조 프로세스의 계측값들이 저장되면, 제어부(100)는 최적화부(120)의 열량 산출부(121)를 제어하여 각 공조 프로세스 별로 현열 및 잠열을 산출할 수 있다. 여기서 상기 현열 및 잠열은 하기 수학식 1을 통해 산출될 수 있다.
Figure pat00001
여기서 상기 공기 밀도는 각 공조 설비가 위치한 주변 환경의 공기로부터 미리 측정된 값으로 메모리(130)에 저장된 값일 수 있다. 그리고 공기 비열과 증발잠열은 미리 결정된 상수값일 수 있다. 따라서 제어부(100)는 각 공조 프로세스의 계측값들로부터 풍량과 온도에 근거하여 각 공조 프로세스 별 현열값들을 산출하고, 각 공조 프로세스의 계측값들로부터 풍량과 습도에 근거하여 각 공조 프로세스 별 잠열값들을 산출할 수 있다. 그리고 산출된 현열값들을 합산하여 전체 공조 프로세스의 현열 총량을 산출하고, 산출된 잠열값들을 합산하여 전체 공조 프로세스의 잠열 총량을 산출할 수 있다(S202).
한편 상기 S202 단계에서 전체 공조 프로세스의 현열 총량 및 잠열 총량이 산출되면, 제어부(100)는 최적화부(120)를 제어하여 각 공조 설비의 설비 용량(Kcal/hour)과 소모 전력(kW)에 근거하여 각 공조 설비의 설비 효율을 산출할 수 있다.
그리고 산출된 설비 효율에 근거하여, 상기 현열 총량 중 사용 전력량이 최소가 되는 각 공조 프로세스의 현열 분배량들 및 상기 잠열 총량 중 사용 전력량이 최소가 되는 각 공조 프로세스의 잠열 분배량들을 산출할 수 있다(S206).
보다 자세히 살펴보면, 제어부(100)는 상기 S206 단계에서, 현열 최적화부(122)를 제어하여, 상기 현열 총량이 유지되는 상태에서 각 공조 프로세스 별로 현열을 임의로 분배할 수 있다. 여기서 각 공조 프로세스에 분배된 현열량은 각 공조 프로세스의 설비 용량 이하로 제한될 수 있다.
그리고 제어부(100)는 분배된 각 공조 프로세의 현열들과 상기 각 공조 설비의 설비 효율에 근거하여 분배된 현열량, 즉 현열 분배량에 따른 각 공조 프로세스의 사용 전력량들을 산출할 수 있다. 그리고 산출된 각 공조 프로세스의 사용 전력량들을 합산할 수 있다.
그리고 제어부(100)는 상기 현열 총량이 유지되는 상태에서 각 공조 프로세스 별로 현열을 다르게 분배할 수 있다. 그리고 다르게 분배된 각 공조 프로세의 현열들과 상기 각 공조 설비의 설비 효율에 근거하여 현재 현열 분배량에 따른 각 공조 프로세스의 사용 전력량들을 산출할 수 있다. 그리고 산출된 각 공조 프로세스의 사용 전력량들을 합산할 수 있다. 그리고 합산된 사용 전력량들을 비교하여 보다 사용 전력량이 적은 각 공조 프로세스 별 현열 분배량을 결정할 수 있다.
이처럼 제어부(100)는, 현열 총량이 유지되는 상태에서 공조 프로세스 별로 현열 분배량을 다르게 분배하고 그에 따른 사용 전력량을 산출 및 이를 각 공조 프로세스 별로 현열이 다르게 분배된 경우에 따라 산출된 사용 전력량을 비교하는 과정을 반복함으로써, 사용 전력량이 최소가 되는 각 공조 프로세스 별 현열 분배량을 결정할 수 있다. 즉 사용 전력량이 최소가 되도록 각 공조 프로세스별 현열량을 최적화 할 수 있다. 이하 최적화된 각 공조 프로세스의 현열량을 최적화된 현열 분배량(Xd)이라고 하기로 한다.
하기 수학식 2는 이러한 각 공조 프로세스별 현열 최적화 과정을 수식으로 나타낸 것이다.
Figure pat00002
여기서 Oi는 사용 전력량, Xi는 공조 프로세스에 분배된 현열, Ei는 설비 효율, Wi는 공조 설비의 사용 전력, Ci는 공조 설비의 최대 설비 용량임.
또한 제어부(100)는 상기 S206 단계에서, 잠열 최적화부(123)를 제어하여, 상기 잠열 총량이 유지되는 상태에서 각 공조 프로세스 별로 잠열을 임의로 분배할 수 있다. 여기서 각 공조 프로세스에 분배된 잠열량은 각 공조 프로세스의 설비 용량 이하로 제한될 수 있다.
그리고 제어부(100)는 분배된 각 공조 프로세의 잠열들과 상기 각 공조 설비의 설비 효율에 근거하여 분배된 잠열 분배량에 따른 각 공조 프로세스의 사용 전력량들을 산출할 수 있다. 그리고 산출된 각 공조 프로세스의 사용 전력량들을 합산할 수 있다.
그리고 제어부(100)는 상기 잠열 총량이 유지되는 상태에서 각 공조 프로세스 별로 잠열을 다르게 분배할 수 있다. 그리고 다르게 분배된 각 공조 프로세의 잠열들과 상기 각 공조 설비의 설비 효율에 근거하여 현재 잠열 분배량에 따른 각 공조 프로세스의 사용 전력량들을 산출할 수 있다. 그리고 산출된 각 공조 프로세스의 사용 전력량들을 합산 및, 합산된 사용 전력량들을 비교하여 보다 사용 전력량이 적은 각 공조 프로세스 별 잠열 분배량을 결정할 수 있다.
이처럼 제어부(100)는, 잠열 총량이 유지되는 상태에서 공조 프로세스 별로 잠열 분배량을 다르게 분배하고 그에 따른 사용 전력량을 산출 및 이를 각 공조 프로세스 별로 잠열이 다르게 분배된 경우에 따라 산출된 사용 전력량을 비교하는 과정을 반복함으로써, 사용 전력량이 최소가 되는 각 공조 프로세스 별 잠열 분배량을 결정할 수 있다. 즉 사용 전력량이 최소가 되도록 각 공조 프로세스별 잠열량을 최적화 할 수 있다. 이하 최적화된 각 공조 프로세스의 잠열량을 최적화된 잠열 분배량(Yd)이라고 하기로 한다.
하기 수학식 3은 이러한 각 공조 프로세스별 잠열 최적화 과정을 수식으로 나타낸 것이다.
Figure pat00003
여기서 Oi는 사용 전력량, Yi는 공조 프로세스에 분배된 잠열, Ei는 설비 효율, Wi는 공조 설비의 사용 전력, Ci는 공조 설비의 최대 설비 용량임.
한편 상기 S204 단계에서, 각 공조 프로세스에 대한 최적화된 현열 분배량(Xd) 및 잠열 분배량(Yd)이 산출되면, 제어부(100)는 산출된 현열 분배량(Xd) 및 잠열 분배량(Yd)을 각 공조 프로세스 별로 합하여 총열량 분배량(Zd)을 산출할 수 있다(S206). 즉, S206 단계의 연산 결과, 각 공조 프로세스 별로 최적화된 현열 분배량(Xd)과 잠열 분배량(Yd), 그리고 총열량 분배량(Zd)이 산출될 수 있다.
그러면 제어부(100)는 산출된 각 공조 프로세스 별 최적화된 현열 분배량(Xd)과 잠열 분배량(Yd), 그리고 총열량 분배량(Zd)에 근거하여 각 공조 프로세스의 공조 설비에 대한 목표 운전점을 산출할 수 있다(S208). 여기서 각 공조 설비의 목표 운전점은, 각 공조 프로세스 별로 각 공조 프로세스에 따라 다르게 산출될 수 있다.
예를 들어 전체 공조 프로세스가 냉각, 가열, 제습, 가습, 그리고 혼합의 5가지 공조 프로세스로 이루어지는 경우, 상기 S208 단계는 상기 5가지 공조 프로세스 각각에 대하여, 각 공조 프로세스의 공조 설비에 대한 목표 운전점이 산출되는 단계일 수 있다. 이 경우 각 공조 설비의 목표 운전점 산출 과정은, 기 설정된 순서에 따라 순차적으로 진행되거나, 또는 병렬로 진행되어 동시에 진행될 수도 있다.
이하의 설명에서는 설명의 편의상 전체 공조 프로세스가 상기 냉각, 가열, 제습, 가습, 그리고 혼합의 5가지 공조 프로세스로 이루어지는 경우를 가정하여, 상기 냉각, 가열, 제습, 가습, 그리고 혼합의 5가지 공조 설비, 즉 냉각 설비, 가열 설비, 제습 설비, 가습 설비 및 혼합 설비에 대한 목표 운전점들을 산출하는 과정을 자세히 설명하기로 한다.
먼저 냉각 설비의 목표 운전점의 경우 냉각 운전점 산출부(151)에서 산출될 수 있다. 상기 냉각 운전점 산출부(151)는, 냉각 프로세스에 대해 산출된 총열량 분배량(Zd)과 습공기선도에 따라 온도와 습도로 나타내어지는 목표 운전점을 산출할 수 있다. 여기서 습공기선도는 대기압 상태에서 습기를 포함하는 공기의 온도와 습도를 나타내는 선도를 의미하며, 도 3에서 보이고 있는 바와 같이, 건구 온도(Dry bulb temperature)(가로축)와 수분량(Humidity ratio)(세로축)에 따라, 건구 온도, 습구 온도, 상대 습도, 절대 습도, 이슬점 온도, 비엔탈피 및 비체적의 변화를 나타내는 그래프일 수 있다.
보다 자세하게, 냉각 운전점 산출부(151)는 현재 냉각 프로세스의 공조 설비, 즉 냉각 설비의 운전 상태와 장치 노점 온도를 잇는 선을 따라서 상기 냉각 프로세스에 대해 산출된 총열량 분배량(Zd) 만큼 이동하여 목표 운전점, 즉 목표 냉각 온도와 목표 냉각 습도를 산출할 수 있다.
이 경우, 냉각 운전점 산출부(151)는 현재 운전 상태, 즉 현재 냉각 설비에서 계측된 온도, 습도 및 밀도에 따라 산출된 이슬점이, 냉각 설비의 장치 노점 온도보다 낮은지 여부에 따라 하기 수학식 4 또는 5를 통해 냉각 설비의 목표 운전점을 산출할 수 있다.
여기서 수학식 4는 현재 냉각 설비에서 계측된 온도 및 습도에 따라 산출된 이슬점이, 냉각 설비의 장치 노점 온도보다 낮은 경우에, 수학식 5는 현재 냉각 설비에서 계측된 온도, 습도 및 밀도에 따라 산출된 이슬점이, 냉각 설비의 장치 노점 온도 이상인 경우에 각각 목표 냉각 온도와 목표 냉각 습도를 구하기 위한 것이다.
Figure pat00004
여기서, T는 목표 냉각 온도, T0는 현재 냉각 온도, Zd는 냉각 프로세스에 대해 산출된 총열량 분배량, Q는 풍량, c는 공기의 비열,
Figure pat00005
는 공기 밀도, H는 목표 냉각 습도, H0는 현재 냉각 습도임.
Figure pat00006
여기서 T는 목표 냉각 온도이고,
Figure pat00007
여기서 H는 목표 냉각 습도임.
여기서,
Figure pat00008
이며, BPF는 바이패스 계수이고, 이전 운전 상태의 엔탈피는 현재 냉각 온도 및 냉각 습도에 따른 엔탈피, Zd는 냉각 프로세스에 대해 산출된 총열량 분배량임.
한편 가열 설비의 목표 운전점(목표 가열 온도 및, 목표 가열 습도)의 경우 가열 운전점 산출부(152)에서 산출될 수 있다. 상기 가열 운전점 산출부(152)는, 현재 가열 프로세스에 대해 산출된 최적화된 현열 분배량(Xd)에 근거하여 하기 수학식 6을 통해 목표 가열 온도를 산출할 수 있다. 또한 목표 가열 습도는 현재 가열 설비의 운전 상태에 따른 습도, 즉 현재 가열 습도와 동일할 수 있다.
Figure pat00009
여기서, T는 목표 가열 온도, T0는 현재 가열 온도, Xd는 가열 프로세스에 대해 산출된 최적화된 현열 분배량, Q는 풍량, c는 공기의 비열,
Figure pat00010
는 공기 밀도, H는 목표 가열 습도, H0는 현재 가열 습도임.
한편 제습 설비의 목표 운전점(목표 제습 온도 및, 목표 제습 습도)의 경우 제습 운전점 산출부(153)에서 산출될 수 있다. 상기 제습 운전점 산출부(153)는, 현재 제습 프로세스에 대해 산출된 최적화된 잠열 분배량(Yd)에 근거하여 하기 수학식 7을 통해 목표 제습 온도를, 그리고 수학식 8을 통해 목표 제습 습도를 산출할 수 있다.
Figure pat00011
여기서, T는 목표 제습 온도, T0는 현재 제습 온도, Yd는 제습 프로세스에 대해 산출된 최적화된 잠열 분배량, Q는 풍량, c는 공기의 비열,
Figure pat00012
는 공기 밀도, S는 현재 제습 온도로부터 산출되는 현열, L은 현재 제습 습도로부터 산출되는 잠열임.
Figure pat00013
여기서, H는 목표 제습 습도, H0는 현재 제습 습도, Yd는 제습 프로세스에 대해 산출된 최적화된 잠열 분배량, Q는 풍량,
Figure pat00014
는 수분의 비열,
Figure pat00015
는 공기 밀도임.
한편 가습 설비의 목표 운전점(목표 가습 온도 및, 목표 가습 습도)의 경우 가습 운전점 산출부(154)에서 산출될 수 있다. 상기 가습 운전점 산출부(154)는, 현재 가습 설비의 운전 상태에서 가습 온도에 맞는 열수분비선을 따라서 최적화된 잠열 분배량(Yd)만큼 이동하여 상기 목표 운전점을 산출할 수 있다. 하기 수학식 9 및 10은 이러한 목표 가습 온도와 목표 가습 습도를 산출하는 과정을 수식으로 나타낸 것이다.
Figure pat00016
여기서 T는 목표 가습 온도이며,
여기서,　
Figure pat00017
이며, Yd는 가습 프로세스에 대해 산출된 최적화된 잠열 분배량, HT는 가습 설비 특성(Spec)에 따른 가습 온도이고, Q는 풍량,
Figure pat00018
는 수분의 비열,
Figure pat00019
는 공기 밀도임.
여기서, HT가 100도보다 높은 경우,
Figure pat00020
이며,
Figure pat00021
임.
Figure pat00022
여기서, H는 목표 가습 습도, H0는 현재 가습 습도, Yd는 가습 프로세스에 대해 산출된 최적화된 잠열 분배량, Q는 풍량, c는 공기의 비열,
Figure pat00023
는 공기 밀도임.
한편 혼합 설비의 목표 운전점(목표 혼합 온도 및, 목표 혼합 습도)의 경우 혼합 운전점 산출부(155)에서 산출될 수 있다. 상기 혼합 운전점 산출부(155)는 혼합 프로세스 이전 공기의 온도(T0)(혼합 프로세스 설비의 운전에 따른 현재 온도)와 습도(H0)(혼합 프로세스 설비의 운전에 따른 현재 습도), 그리고 풍량(Q0)에, 상기 혼합 프로세스를 통해 현재의 공기(온도 T0, 습도 H0, 풍량 Q0를 가지는 공기)에 혼합될 다른 공기의 온도(Tmix), 습도(Hmix) 그리고 풍량(Qmix)을 통해, 상기 혼합 프로세스가 완료된 이후의 공기 온도(T) 및 공기 습도(H)를 산출할 수 있다.
하기의 수학식 11 및 12는 이러한 혼합 프로세스를 통해 산출되는 혼합 프로세스 이후의 공기 온도(T)와 공기 습도(H)를 산출하는 과정을 수학식으로 나타낸 것이다.
Figure pat00024
여기서, T는 혼합 프로세스 이후의 공기 온도, Q0는 혼합 프로세스 이전의 풍량, T0는 혼합 프로세스 이전의 공기 온도, Q는 혼합 프로세스 이후의 풍량, Tmix는 혼합 프로세스를 통해 상기 혼합 프로세스 이전의 공기와 혼합될 공기의 온도이며, 상기 Q와 Q0는 풍량 센서에 의해 계측되는 풍량임.
Figure pat00025
여기서, H는 혼합 프로세스 이후의 습도, Q0는 혼합 프로세스 이전의 풍량, H0는 혼합 프로세스 이전의 공기 습도, Q는 혼합 프로세스 이후의 풍량, Hmix는 혼합 프로세스를 통해 상기 혼합 프로세스 이전의 공기와 혼합될 공기의 습도이며, 상기 Q와 Q0는 풍량 센서에 의해 계측되는 풍량임.
한편 상기 수학식 4 내지 수학식 12를 통해, 상기 S208 단계에서 각 공조 프로세스에 대한 목표 운전점들이 산출되면, 제어부(100)는 산출된 각 공조 프로세스의 목표 운전점들에 따라 운전되도록 각 공조 설비의 운전을 제어할 수 있다(S210).　
한편 상기 S210 단계에서, 산출된 목표 운전점들에 따른 각 공조 설비의 운전 제어는, 사용자의 요청에 따라 선택적으로 이루어질 수 있다. 이 경우 본 발명의 실시 예에 따른 공조 설비 제어 장치(10)의 제어부(100)는 사용자가 산출된 목표 운전점들에 따라 공조 설비의 운전이 제어될 경우의 결과에 관련된 다양한 정보들을 상기 표시부(160)를 통해 표시할 수 있다.
일 예로 제어부(100)는 도 4에서 보이고 있는 바와 같이, 운전점 산출부(150)에서 산출된 각 공조 설비의 목표 운전점들을 습공기선도 상에 나타낼 수 있다. 이 경우 도 4에서 보이고 있는 바와 같이 각 공조 프로세스의 순서에 따라 각 공조 프로세스의 목표 운전점들이 순차적으로 이어질 수 있으며, 이에 따라 전체 공조 프로세스를 통해 온도 및 습도가 어떻게 변화되는지를 그래프의 형태로 나타낼 수 있다.
또는 본 발명의 실시 예에 따른 공조 설비 제어 장치(10)는 도 5의 (a)에서 보이고 있는 제습 프로세스와 같이, 현재 운전 상태(온도, 습도)와 산출된 목표 운전점에 따른 최적화된 운전 상태(온도, 습도)를 표의 형태로 표시할 수 있다.
이와는 달리, 제어부(100)는 도 5의 (b)에서 보이고 있는 바와 같이, 공조 설비의 특성에 대한 정보(specification)와 함께 공조 설비의 현재 운전 상태에 따른 소비 전력과 산출된 목표 운전점, 즉 목표 온도와 목표 습도에 따라 공조 설비가 운전되는 경우의 소비 전력을 표시하여, 최적화된 목표 운전점에 따라 달라진 소비 전력의 차이를 사용자가 확인할 수 있도록 표시할 수 있다.
그리고 사용자가 현재 산출된 목표 운전점들에 따른 공조 설비의 운전 제어를 요청하는 경우, 상기 도 2의 S210 단계로 진행하여 산출된 목표 운전점들에 따라 각 공조 설비가 운전되도록, 상기 각 공조 설비를 제어할 수 있다.
한편 상술한 설명에서는 최적화부(120)가 현열 최적화부(122) 및 잠열 최적화부(123)를 각각 구비하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 상기 현열 최적화부(122) 및 잠열 최적화부(123)는 하나의 구성부(이하 열량 최적화부)일 수도 있음은 물론이다.
이 경우 상기 열량 최적화부는 각 공조 프로세스가 차지하는 열량들을 변경할 수 있다. 여기서 상기 각 공조 프로세스가 차지하는 열량들의 합은 주어진 열량 총합과 동일하게 유지될 수 있다.
그리고 열량 최적화부는 변경된 열량에 따른 각 공조 프로세스의 사용 전력량들을 산출 및, 산출된 사용 전력량들의 합이 최소가 되는 각 공조 프로세스 별 열량들을, 상기 각 공조 프로세스에 대한 최적화된 열량들로 산출할 수 있다.
이 경우 상기 열량 총량으로, 상기 열량 산출부(121)에서 산출된 현열 총량이 입력되는 경우, 상기 열량 최적화부는 상기 현열 최적화부(122)의 기능을 수행할 수 있다. 반면 상기 열량 총량으로, 상기 열량 산출부에서 산출된 잠열 총량이 입력되는 경우, 상기 열량 최적화부는 상기 잠열 최적화부(123)의 기능을 수행할 수 있다. 그리고 상기 열량 총량으로서 상기 현열 총량을 입력할 것인지 또는 잠열 총량을 입력할 것인지는 제어부(100)가 결정할 수 있다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 따라서 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (16)

  1. 복수의 공조 설비 각각의 운전 상태에 따른 온도 및 습도에 근거하여 전체 공조 프로세스의 현열 총량과 잠열 총량을 산출하는 열량 산출부;
    주어진 열량 총량 내에서, 각 공조 프로세스가 차지하는 열량들을 변경하면서 변경된 열량에 따른 각 공조 프로세스의 사용 전력량들을 산출하고, 산출된 사용 전력량들의 합이 최소가 되는 열량들을 각 공조 프로세스에 대해 최적화된 열량들로 산출하는 열량 최적화부;
    상기 열량 최적화부를 통해 산출된 최적화된 현열들과 잠열들, 상기 복수의 공조 설비 각각의 운전 상태에 따른 온도, 습도, 풍량 중 적어도 하나 및, 상기 복수의 공조 설비 각각의 설비 스펙(specification) 데이터에 근거하여, 상기 복수의 공조 프로세스 각각에 대응하는 공조 설비들의 목표 운전점들을 산출하는 운전점 산출부; 및,
    상기 목표 운전점들에 따라 운전되도록 상기 공조 설비들을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공조 설비 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열량 최적화부는,
    상기 현열 총량을 입력받고, 상기 현열 총량과 각 공조 프로세스가 차지하는 현열량들의 합이 동일하게 유지되는 한도 내에서 상기 각 공조 프로세스가 차지하는 현열량들을 변경 및, 변경된 현열량들 각각에 대한 각 공조 프로세스의 사용 전력량들을 산출하고,
    산출된 각 공조 프로세스의 사용 전력량 합이 최소가 되는 각 공조 프로세스 별 현열량들을 최적화된 현열량들로 산출하는 현열 최적화부; 및,
    상기 잠열 총량을 입력받고, 상기 잠열 총량과 각 공조 프로세스가 차지하는 잠열량들의 합이 동일하게 유지되는 한도 내에서 상기 각 공조 프로세스가 차지하는 잠열량들을 변경 및, 변경된 잠열량들 각각에 대한 각 공조 프로세스의 사용 전력량들을 산출하고,
    산출된 각 공조 프로세스의 사용 전력량 합이 최소가 되는 각 공조 프로세스 별 잠열량들을 최적화된 잠열량들로 산출하는 잠열 최적화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공조 설비 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 공조 설비 각각의 주변으로부터 온도 및 습도를 센싱하는 복수의 센서들을 구비하는 센싱부를 더 포함하며,
    상기 복수의 공조 설비 각각의 운전 상태에 따른 온도 및 습도는,
    상기 센싱부의 센서들로부터 검출된 상기 복수의 공조 설비 각각의 주변 온도 및 습도임을 특징으로 하는 공조 설비 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 공조 설비 각각의 운전 상태에 따른 온도 및 습도는,
    상기 복수의 공조 설비 각각이 구비한 센서들로부터 센싱되며,
    상기 복수의 공조 설비 각각이 구비한 센서들과 통신을 연결하여 상기 센서들이 센싱한 온도 및 습도를 수신하는 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공조 설비 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 열량 산출부는,
    상기 복수의 공조 설비 각각의 운전 상태에 따른 온도에 근거하여 상기 복수의 공조 설비 각각에 대응하는 각 공조 프로세스의 현열들을 산출하고, 산출된 현열들을 합하여 상기 현열 총량을 산출하며,
    상기 복수의 공조 설비 각각의 운전 상태에 따른 습도에 근거하여 상기 복수의 공조 설비 각각에 대응하는 각 공조 프로세스의 잠열들을 산출하고, 산출된 잠열들을 합하여 상기 잠열 총량을 산출하는 것을 특징으로 하는 공조 설비 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 각 공조 프로세스의 사용 전력량들은,
    각 공조 프로세스에 대한 각 공조 설비의 기 설정된 설비 용량과 소모 전력에 의해 결정되는 설비 효율과, 주어진 열량 총량 내에서 각 공조 프로세스에 분배된 열량에 근거하여 산출되는 것을 특징으로 하는 공조 설비 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 열량 최적화부는,
    각 공조 프로세스의 열량들의 총합이 상기 열량 총량과 동일하게 유지되는 한도 내에서 상기 각 공조 프로세스가 차지하는 열량들을 변경하고,
    상기 변경된 각 공조 프로세스의 열량은, 각 공조 프로세스에 대응하는 공조 설비의 설비 용량 이하임을 특징으로 하는 공조 설비 제어 장치..
  8. 제1항에 있어서,
    상기 목표 운전점은,
    온도 및 습도로 결정되며,
    상기 운전점 산출부는,
    각 공조 프로세스에 대해 산출된 최적화된 현열들과 잠열들 및, 습공기선도에 근거하여 상기 복수의 공조 프로세스 각각에 대응하는 공조 설비들의 목표 운전점들을 산출하는 것을 특징으로 하는 공조 설비 제어 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 복수의 공조 프로세스는,
    냉각, 가열, 제습, 가습, 혼합 프로세스를 포함하는 것을 특징으로 하는 공조 설비 제어 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 냉각 프로세스는,
    상기 냉각 프로세스에 대해 산출된 최적화된 현열과 잠열의 합인 최적화된 총열량, 상기 냉각 프로세스에 대응하는 냉각 설비의 장치 노점 온도, 상기 냉각 설비의 운전 상태에 따른 온도,와 습도, 공기 밀도 및, 상기 습공기선도에 근거하여 상기 냉각 설비의 목표 운전점이 결정되는 것을 특징으로 하는 공조 설비 제어 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 가열 프로세스는,
    상기 가열 프로세스에 대해 산출된 최적화된 현열과 상기 가열 프로세스에 대응하는 가열 설비의 운전 상태에 따른 온도, 상기 가열 설비 주변의 풍량과 공기 밀도에 근거하여 상기 가열 설비의 목표 운전점이 결정되는 것을 특징으로 하는 공조 설비 제어 장치.
  12. 제9항에 있어서, 상기 제습 프로세스는,
    상기 제습 프로세스에 대해 산출된 최적화된 잠열과 상기 제습 프로세스에 대응하는 제습 설비의 운전 상태에 따른 온도, 상기 제습 설비 주변의 풍량과 공기 밀도, 그리고 상기 제습 설비의 운전 상태에 따른 현열량 및 잠열량에 근거하여 상기 제습 설비의 목표 운전점이 결정되는 것을 특징으로 하는 공조 설비 제어 장치.
  13. 제9항에 있어서, 상기 가습 프로세스는,
    상기 가습 프로세스에 대해 산출된 최적화된 잠열과, 상기 가습 프로세스에 대응하는 가습 설비의 운전 상태에 따른 습도, 상기 가습 설비 주변의 풍량 및 공기 밀도, 그리고 습공기선도에 근거하여 상기 가습 설비의 목표 운전점이 결정되는 것을 특징으로 하는 공조 설비 제어 장치.
  14. 제9항에 있어서, 상기 혼합 프로세스는,
    상기 혼합 프로세스에 대응하는 혼합 설비의 운전 상태에 따른 온도와 습도 및, 상기 혼합 설비의 운전 상태에 따른 온도와 습도에 따른 풍량비 예측 결과에 근거하여 상기 혼합 설비의 목표 운전점이 결정되는 것을 특징으로 하는 공조 설비 제어 장치.
  15. 복수의 공조 설비들을 제어하는 공조 설비 제어 장치의 공조 설비 제어 방법에 있어서,
    상기 복수의 공조 설비 각각의 운전 상태에 따른 온도들 및 습도들을 센싱하는 단계;
    센싱된 온도들 및 습도들에 근거하여 상기 복수의 공조 설비 각각에 대응하는 공조 프로세스들의 현열들과 잠열들을 산출 및, 산출된 현열들과 잠열들로부터 전체 공조 프로세스의 현열 총량과 잠열 총량을 산출하는 단계;
    상기 각 복수의 공조 설비 각각의 사용 전력량들의 합이 최소가 되는 상기 현열 총량 중 각 공조 프로세스의 현열 분배량들 및, 상기 각 복수의 공조 설비 각각의 사용 전력량들의 합이 최소가 되는 상기 잠열 총량 중 각 공조 프로세스의 잠열 분배량들을 산출하는 단계;
    각 공조 프로세스 별로, 각 공조 프로세스에 대해 산출된 현열 분배량과 잠열 분배량을 합산하여 총열량을 산출하는 단계;
    산출된 각 공조 프로세스 별 현열 분배량, 잠열 분배량 및 총열량 중 적어도 하나에 근거하여, 상기 각 공조 프로세스에 대응하는 각 공조 설비의 목표 운전점들을 산출하는 단계; 및,
    산출된 각 공조 설비의 목표 운전점들에 따라 상기 각 공조 설비의 운전을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공조 설비 제어 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 목표 운전점들을 산출하는 단계는,
    산출된 목표 운전점들에 관련된 정보들을 표시하는 단계를 더 포함하며,
    상기 목표 운전점들에 관련된 정보들은,
    상기 목표 운전점들이 표시된 습공기선도, 상기 목표 운전점들을 형성하는 각 목표 온도와 목표 습도, 및 상기 목표 운전점에 따라 운전될 때 예상되는 공조 설비의 소비 전력 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 공조 설비 제어 방법.
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